(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源から入力される交流を直流に変換して出力する順変換器と、
前記順変換器からの直流出力を入力とし、直流を再び交流に変換して出力する逆変換器と、
前記商用交流電源停電時に前記逆変換器に直流電力を供給する蓄電池と、
前記逆変換器の出力による負荷への給電と、バイパス電源による負荷への給電とを切り換えるための無瞬断切換回路
とから成る無停電電源装置を複数台並列運転させるように構成した個別バイパス方式並列無停電電源システムにおいて、
前記負荷を、夫々入力側に第１及び第２の負荷電流検出器を備えた最重要負荷と重要負荷とに区分けし、
前記無停電電源装置が全て正常なときには前記逆変換器の出力を並列運転して前記最重要負荷及び重要負荷に給電し、
前記無停電電源装置の何れかが故障して並列運転から解列され、残った健全な無停電電源装置が過負荷となったとき、
一旦全ての負荷給電を全ての前記バイパス電源側に移し、前記第１の負荷電流検出器で検出される最重要負荷の負荷容量が、健全な前記無停電電源装置の総容量以下で、且つ前記第２の負荷電流検出器で検出される重要負荷の負荷容量が、故障した前記無停電電源装置の容量以下のとき、
前記最重要負荷には健全な前記無停電電源装置の逆変換器の出力を給電し、
前記重要負荷には前記バイパス電源による給電を行うようにしたことを特徴とする個別バイパス方式並列無停電電源システム。
【請求項２】
前記最重要負荷に給電するための並列母線及び前記重要負荷に給電するための並列母線の２種類の母線を有する並列出力盤を備え、
前記最重要負荷及び前記重要負荷への各々の給電を、前記無停電電源装置の逆変換器の出力からの給電とするか前記バイパス電源による給電とするかを選択的に切り換えられるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の個別バイパス方式並列無停電電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、停電時のバッアップ電源として、バイパス回路を備えた無停電電源装置を複数台並列運転する個別バイパス方式並列無停電電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、瞬間的な停電も許されない例えばコンピュータ等の重要負荷の電源として無停電電源装置（以下単にＵＰＳと称する。）が用いられており、更に３６５日２４時間通常の運用並びに点検時にも、ＵＰＳ電源による連続給電が求められる場合に於いては、ＵＰＳを複数台並列運転して構成する並列ＵＰＳシステムが信頼性の高いシステムとして用いられている。
【０００３】
最近の並列ＵＰＳシステムでは、バイパス切換回路の保守点検や故障時にも出来るだけ負荷給電の継続性が図れるように、それぞれのＵＰＳにバイパス回路とこのバイパス回路との無瞬断切換を達成するための無瞬断切換回路を備えた個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムが採用されている。
【０００４】
個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムは、一般的にＵＰＳ１台構成では容量が不足する場合にＵＰＳを複数台並列運転させて大容量のＵＰＳシステムとして用いられるが、実際に運用する負荷容量が、複数台で構成するＵＰＳのうち１台が万一故障や停止した容量（つまり、複数台のＵＰＳの合計容量の１台減の容量）以下であった場合には、冗長性が加わり個別バイパス方式並列冗長ＵＰＳシステムとしても構成される（例えば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１８９８６１号公報（全体）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のように構成された個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムは、複数台のＵＰＳを並列運転して構成される。経済性を考慮し冗長性を持たない並列ＵＰＳシステム、或いはＵＰＳ故障が発生して並列冗長性を失った並列ＵＰＳシステムでは、万一１台もしくは何台かのＵＰＳが故障すると、残った健全なＵＰＳも定格容量を超える負荷容量となって過負荷を検出する。そうすると、先に故障したＵＰＳ並びに健全なＵＰＳ共に一斉にバイパス回路による給電に切り換わり、負荷給電を継続する。
【０００７】
しかしながらこのバイパス給電は商用電源のバイパス回路による給電であるため、停電や瞬時電圧低下に対するバックアップ機能はなく、万一これらが発生した場合には負荷停止に至ることとなる。つまり、健全なＵＰＳは、自らのＵＰＳは故障でないにもかかわらず、故障機の解列によって過負荷となることで商用電源によるバイパス回路の給電に切り換わるため、この状態で停電や瞬時電圧低下などの電源変動が発生したとき、負荷給電に支障を与えるという問題があった。
【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、１台以上のＵＰＳに万一故障が発生した場合であっても一部の負荷に対しては健全なＵＰＳから給電可能な個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の個別バイパス方式並列無停電電源システムは、商用交流電源から入力される交流を直流に変換して出力する順変換器と、前記順変換器からの直流出力を入力とし、直流を再び交流に変換して出力する逆変換器と、前記商用交流電源停電時に前記逆変換器に直流電力を供給する蓄電池と、前記逆変換器の出力による負荷への給電と、バイパス電源による負荷への給電とを切り換えるための無瞬断切換回路とから成る無停電電源装置を複数台並列運転させるように構成した個別バイパス方式並列無停電電源システムにおいて、前記負荷を、夫々入力側に第１及び第２の負荷電流検出器を備えた最重要負荷と重要負荷とに区分けし、前記無停電電源装置が全て正常なときには前記逆変換器の出力を並列運転して前記最重要負荷及び重要負荷に給電し、前記無停電電源装置の何れかが故障して並列運転から解列され、残った健全な無停電電源装置が過負荷となったとき、一旦全ての負荷給電を全ての前記バイパス電源側に移し、前記第１の負荷電流検出器で検出される最重要負荷の負荷容量が、健全な前記無停電電源装置の総容量以下で、且つ前記第２の負荷電流検出器で検出される重要負荷の負荷容量が、故障した前記無停電電源装置の容量以下のとき、前記最重要負荷には健全な前記無停電電源装置の逆変換器の出力を給電し、前記重要負荷には前記バイパス電源による給電を行うようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、１台以上のＵＰＳに万一故障が発生した場合であっても一部の負荷に対しては健全なＵＰＳから給電可能な個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムの回路構成図。
【図２】本発明に係る個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムの給電ルート図（１）。
【図３】本発明に係る個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムの給電ルート図（２）。
【図４】本発明に係る個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムの給電ルート図（３）。
【図５】本発明に係る個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムの動作フローチャート。
【図６】本発明に係る個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムの給電ルート図（４）。
【図７】本発明の変形例に係る個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムの動作フローチャート。
【図８】本発明の変形例に係る個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムの給電ルート図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態を図１に基づいて説明する。
【００１３】
図１は、本発明に係る個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムの一例を示すブロック構成図である。図１はＵＰＳ１Ａ（Ｎｏ１ＵＰＳ）、ＵＰＳ１Ｂ（Ｎｏ２ＵＰＳ）及びＵＰＳ１Ｃ（Ｎｏ３ＵＰＳ）の３台のＵＰＳを備えた例である。
【００１４】
ＵＰＳ１Ａ、１Ｂ、１Ｃの各々は、夫々商用電源２Ａ、２Ｂ、２Ｃから交流電圧が入力され、夫々交流入力開閉３Ａ、３Ｂ、３Ｃを介して順変換器４Ａ、４Ｂ、４Ｃで夫々直流電圧に変換し、さらに逆変換器５Ａ、５Ｂ、５Ｃで再び交流に逆変換して無瞬断切換回路６Ａ、６Ｂ、６Ｃ内に夫々設けられた開閉器７Ａ、７Ｂ、７Ｃを介して、安定した交流電圧を出力するように構成されている。また、順変換器４Ａ、４Ｂ、４Ｃは夫々直流開閉器８Ａ、８Ｂ、８Ｃを介して蓄電池１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃに夫々直流エネルギーを蓄える。
【００１５】
例えば、商用電源２Ａに停電が生ずると、上記蓄電池１２Ａの直流エネルギーを逆変換器６Ａに供給することにより交流を出力する。商用電源２Ｂ、２Ｃに停電が生じたときも同様に夫々蓄電池１２Ｂ、１２Ｃによる運転を行う。
【００１６】
また、順変換器４Ａ、４Ｂ、４Ｃまたは逆変換器５Ａ、５Ｂ、５Ｃに万一故障が発生した場合にも交流を継続して出力するために、商用電源２Ａ、２Ｂ、２Ｃとは別のバイパス電源１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃの交流電圧が、バイパス入力開閉器１１Ａ並びに無瞬断切換回路６Ａ内に設けられた開閉器９Ａと半導体スイッチ１０Ａの並列回路、バイパス入力開閉器１１Ｂ並びに無瞬断切換回路６Ｂ内に設けられた開閉器９Ｂと半導体スイッチ１０Ｂの並列回路、バイパス入力開閉器１１Ｃ並びに無瞬断切換回路６Ｃ内に設けられた開閉器９Ｃと半導体スイッチ１０Ｃの並列回路を夫々介して、ＵＰＳ１Ａ、ＵＰＳ１Ｂ及びＵＰＳ１Ｃの夫々の出力となるように構成されている。すなわち、バイパス電源によるバイパス回路からの給電を可能としている。
【００１７】
ＵＰＳ１Ａ、ＵＰＳ１Ｂ及びＵＰＳ１Ｃの夫々の出力は全体システムで共通に設けられた並列出力盤２０に与えられ、各々が２分岐され、その一方は夫々最重要負荷側並列用開閉器２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを介して最重要負荷用並列母線２３に接続され、他方は夫々重要負荷側並列用開閉器２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを介して重要負荷用並列母線２４に接続される。最重要負荷用並列母線２３から交流出力開閉器２５を介して最重要負荷３０に給電する。また、重要負荷用並列母線２４から交流出力開閉器２６を介して重要負荷３１に給電する。最重要負荷３０及び重要負荷３１の負荷電流は夫々負荷電流検出器２７、２８で検出され、運転制御装置４０に与えられる。運転制御装置４０はＵＰＳ１Ａ、ＵＰＳ１Ｂ及びＵＰＳ１Ｃ並びに並列出力盤２０の全体システムに係る運転制御を行う。
【００１８】
次に動作について説明する。図１に示す３台のＵＰＳで構成された個別バイパス並列ＵＰＳシステムにおいて、全てのＵＰＳが健全なときには、図２の給電ルート図に示す通り、各々のＵＰＳ１Ａ、１Ｂ、１Ｃが夫々順変換器４Ａ、４Ｂ、４Ｃ並びに逆変換器５Ａ、５Ｂ、５Ｃを通したＵＰＳ出力を並列出力盤２０に供給し、並列出力盤２０では、ＵＰＳ１Ａ用の並列用開閉器２１Ａ、２２Ａ、ＵＰＳ２Ａ用の並列開閉器２１Ｂ、２２Ｂ、並びにＵＰＳ１Ｃ用の並列開閉器２１Ｃ、２２Ｃの全てが投入され、並列母線２３、２４共、３台のＵＰＳ出力が並列接続された状態で夫々最重要負荷３０と重要負荷３１に給電する。
【００１９】
この図２に示した給電ルート図の給電状態において、ＵＰＳ１Ａが故障した場合を想定する。ＵＰＳ１Ａは故障を検出すると順変換器４Ａ並びに逆変換器５Ａの動作を停止（ゲートブロック）し、ＵＰＳ１Ａの出力を停止して並列運転状態から解列する。但し、このときＵＰＳ１Ａの変換器側の開閉器７Ａ並びに並列出力盤２１の並列用開閉器２１Ａ、２２Ａは投入状態のままである。
【００２０】
図２に示す給電状態において、並列冗長性が成立していれば、図３の給電ルート図に示すように、最重要負荷３０並びに重要負荷３１には、残った健全な２台のＵＰＳ１ＢとＵＰＳ１Ｃの並列運転によるＵＰＳ出力（逆変換器５Ｂ及び５Ｃの出力）を継続して給電する。
【００２１】
しかしながら、図２に示す給電状態において、並列冗長性が成立していない場合には、１台のＵＰＳが故障して並列運転から解列されると、残った健全なＵＰＳは負荷容量が定格容量以上となり過負荷を検出することになる。健全なＵＰＳが過負荷を検出するとＵＰＳ出力による負荷への継続給電はできないこととなり、先に故障を検出し並列運転から解列したＵＰＳ並びに健全なＵＰＳ共にバイパス回路による給電に無瞬断切換回路によって切り換わることによって負荷給電が継続される。
【００２２】
図４の給電ルート図は、図２の給電状態においてＵＰＳ１Ａが故障して並列運転から解列された後、残った健全な２台のＵＰＳ１Ｂ、１Ｃも過負荷を検出し、上記のように全てのＵＰＳがバイパス給電に切り換わり、負荷給電を継続している状態を示す。
【００２３】
このように図４に示すバイパス経路で負荷給電を継続中に、バイパス電源１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃに停電や瞬時電圧低下があると最重要負荷３０並びに重要負荷３１への給電が断たれることとなる。
【００２４】
このため本実施の形態においては、一旦全てのＵＰＳ１Ａ、１Ｂ、１Ｃがバイパス電源１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃからの給電に切り換わった後、所定の切り換え条件が成立していれば、最重要負荷３０を再びＵＰＳ出力の給電に切り換えるようにする。この手法について、以下図５に示すフローチャート及び図６の給電ルート図によって説明する。
【００２５】
図５は本発明に係る個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムの動作フローチャートである。このフローチャートは図１において、３台のＵＰＳ及び運転制御装置４０が信号の取り合いを行いながら動作する内容が記されており、システムとして並列冗長性がない場合のフローチャートである。
【００２６】
まず、ＵＰＳ３台並列運転によるＵＰＳ出力給電を行っている状態を考える（ステップＳＴ１）。この状態は図２に示す給電ルート図に相当する。この状態で例えばＵＰＳ１Ａが故障する（ステップＳＴ２）と、ＵＰＳ１Ａは停止して並列運転から解列する（ステップＳＴ２）。そして、システムとして並列冗長性がないので、ＵＰＳ１ＢとＵＰＳ１Ｃは共に過負荷を検出する（ステップＳＴ４）。そうすると負荷給電を継続するために３台のＵＰＳは一斉にバイパス電源からの給電に切換わる（ステップＳＴ５）。この状態は図４に示す給電ルート図に相当する。
【００２７】
次に、最重要負荷３０の負荷容量が健全なＵＰＳであるＵＰＳ１ＢとＵＰＳ１Ｃの容量和以下であるかどうかを判定する（ステップＳＴ６）。このとき、負荷電流検出器２７の検出値を使用する。ステップＳＴ６の判定がＹＥＳであれば、重要負荷３１の負荷容量が故障したＵＰＳであるＵＰＳ１Ａの容量以下かどうかを判定する（ステップＳＴ７）。このとき、負荷電流検出器２８の検出値を使用する。そしてステップＳＴ７の判定がＹＥＳであれば、並列用開閉器２１Ａを開放してＵＰＳ１Ａを最重要負荷母線２３から切り離す（ステップＳＴ８）。尚、ステップＳＴ６またはステップＳＴ７でＮＯの場合には図４の給電ルート図に示したバイパス給電を継続する（ステップＳＴ９）。
【００２８】
次に、並列用開閉器２２Ｂ、２２Ｃを開放してＵＰＳ１Ｂ及びＵＰＳ１Ｃを重要負荷母線２４から切り離す（ステップＳＴ１０）。このステップＳＴ１０の操作によって、ＵＰＳ１Ｂ及びＵＰＳ１Ｃの過負荷が解除され（ステップＳＴ１１）、ＵＰＳ１Ｂ及びＵＰＳ１Ｃの無瞬断切換回路６Ｂ、６Ｃが夫々動作し、ＵＰＳ１Ｂ及びＵＰＳ１Ｃが最重要負荷３０に並列給電する（ステップＳＴ１２）。このとき重要負荷３１に対しては、ＵＰＳ１Ａのバイパス給電が行われている（ステップＳＴ１３）ので、図６に示す給電ルートが達成されることになる。
【００２９】
次に、本発明の変形例について図７及び図８を参照して説明する。
【００３０】
図７は、本発明の変形例に係る個別バイパス方式並列ＵＰＳシステムの動作フローチャートである。このフローチャートは、図５のフローチャートのステップＳＴ７でＮＯと判定されたとき、直ちにステップＳＴ９に行かないで、ステップＳＴ６Ａ及びステップＳＴ７Ａで再度最重要負荷３０をＵＰＳ給電することが可能かどうか確認するようにしている。
【００３１】
すなわちステップＳＴ６Ａでは、最重要負荷容量が健全なＵＰＳ容量の和から１台のＵＰＳ容量（例えばＵＰＳ１Ｂの容量）を減算した値以下かどうかを判定し、これがＹＥＳであれば、続いてステップＳＴ７Ａで重要負荷容量が故障したＵＰＳ１Ａの容量に１台のＵＰＳ容量（例えばＵＰＳ１Ｂの容量）を加算した容量以下であるかを判定する。
【００３２】
ステップＳＴ６ＡとステップＳＴ７Ａの何れかがＮＯであれば、ステップＳＴ９でバイパス給電を継続するが、何れもＹＥＳであれば、図５のフローチャートのステップＳＴ８からステップＳＴ１３の手順と同一の手順でステップＳＴ８ＡからステップＳＴ１３Ａを行う。これにより、最重要負荷３０にはＵＰＳ１ＣからのＵＰＳ給電が行われ、重要負荷３１には故障したＵＰＳ１Ａと健全なＵＰＳ１Ｂのバイパス回路からの給電が行われる。このようにして図８に示す給電ルートが達成される。
【００３３】
以上本発明の実施例を説明したが、これらの実施例は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００３４】
例えば、図１においてＵＰＳは３台の例を説明したが、本発明は２台以上であれば成立することは明らかである。
【００３５】
また、図１における並列出力盤２０内に最重要負荷用並列母線２３と重要負荷用並列母線２４を設けたが、必ずしもこのような構成とする必要はなく、例えば最重要負荷側並列用開閉器２１Ａ、重要負荷側並列用開閉器２２ＡをＵＰＳ１Ａの盤内に収容するようなシステム構成としても良い。
【００３６】
また、ＵＰＳが４台以上で構成されるシステムにおいては、図７のステップＳＴ７ＡでＮＯと判定されても、ステップＳＴ６Ａに戻って更にＵＰＳ１台の容量を減算する演算を繰り返して最重要負荷３０をＵＰＳ出力で運転可能な組合せを探していくようにしても良い。
【符号の説明】
【００３７】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  ＵＰＳ
２Ａ、２Ｂ、２Ｃ  商用電源
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ  交流入力開閉器
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ  順変換器
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ  逆変換器
６Ａ、６Ｂ、６Ｃ  無瞬断切換回路
７Ａ、７Ｂ、７Ｃ  変換器側開閉器
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ  直流開閉器
９Ａ、９Ｂ、９Ｃ  バイパス側開閉器
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ  バイパス側サイリスタスイッチ
１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃ  バイパス入力開閉器
１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ  蓄電池
１５Ａ、１５Ｂ、１５Ｃ  バイパス用商用電源
２０  並列出力盤
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ  最重要負荷側並列用開閉器
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ  重要負荷側並列用開閉器
２３  最重要負荷用並列母線
２４  重要負荷用並列母線
２５、２６  交流出力開閉器
２７、２８  負荷電流検出器
３０  最重要負荷
３１  重要負荷
【図１】
0005813426.tif 000002
【図２】
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【図３】
0005813426.tif 000004
【図４】
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【図５】
0005813426.tif 000006
【図６】
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【図７】
0005813426.tif 000008
【図８】
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